譚麗麗，楊柯，張炳春，梁勇
（中國科學院金屬研究所，遼寧沈陽110016）
Study on processing and property of polyetherurethane coating on coronary stents
TAN Li-li, YANG Ke, ZHANG Bing-chun, LIANG Yong
(Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China)
Abstract：Dip coating method was used to prepare the polyether polyurethanes coating on coronary stents. In the light of difficulty from the complex figure of the stents, the coating processing was studied. The result showed that the coating has integrative surface, low surface roughness and desirable mechanical property, and keeps the microphase separation structure of the polyetherurethane, which ensures the blood compatibility of the coating.
Key words：coronary stent；polyether polyurethane coating；processing；property
摘要：利用浸涂方法在不銹鋼冠脈支架表面制備出聚醚聚氨酯涂層。針對冠脈支架復雜的網狀結構，對制備工藝進行了研究。結果表明，該涂層具有完整無缺陷的表面形貌，低的表面粗糙度，滿足要求的力學性能，并保持了聚醚聚氨酯的微相分離結構，從而保證了良好的血液相容性。本項研究為探索簡便而有效的支架表面涂層制備工藝奠定了基礎。
關鍵詞：冠脈支架；聚醚聚氨酯涂層；制備工藝及性能
中圖分類號：TB43 文獻標識碼：A
文章編號：1001-9731（2004）增刊
1 引言
1987年，Sigwart首先將冠狀動脈支架植入術應用于臨床。近年來，我國各地的三級甲等醫院也陸續開始運用這一方法，現在大約70%接受介入治療的患者植入了支架。冠狀動脈支架植入術由于有效地避免了球囊擴張后血管壁彈性回縮和血管重塑，使初始管腔擴大更為明顯，再狹窄率從單純球囊擴張年代的35%下降到18%左右。然而，支架也有局限性。支架主要是由金屬材料制成的，例如不銹鋼、鈦、Ni－Ti形狀記憶合金等。這些材料滿足了結構和力學性能要求，但在生物相容性和過敏反應方面存在一些問題。支架植入后，再狹窄仍然存在，而且是制約介入性心臟病學發展的重要因素。近年來，藥物支架的出現取得了令人鼓舞的成就，顯著地降低了再狹窄發生率，成為這一領域的研究熱點[1~4]。
在金屬基體上制備聚合物涂層的方法有化學氣相沉積（CVD）、離子束輔助沉積(IBAD)、浸涂等。浸涂方法具有設備簡單、經濟簡便、適合復雜形狀基體的優點。本研究結合支架自身的結構特點，選用浸涂法，對其工藝進行了系統研究。
聚醚聚氨酯具有微相分離結構，有很好的血液相容性，是醫用高分子材料中綜合性能相對良好的醫用材料，已被用作心臟起搏器絕緣線[5]、人工血管[6,8]、介入導管[7]等直接與血液接觸的醫療器械。本文研究了利用浸涂法在316L不銹鋼冠脈支架上制備聚醚聚氨酯涂層，從而為藥物支架的制備提供載體。
2 實驗
2.1 實驗材料
本實驗中，316L不銹鋼裸支架由中科院金屬研究所提供。聚醚聚氨酯由天津聚氨酯廠提供，硅烷偶聯劑及多異氰酸酯交聯劑由沈陽工業學院提供，N-甲基-2-吡咯烷酮為分析純。
2.2 實驗方法
2.2.1 聚醚聚氨酯涂層的制備
將不銹鋼支架清洗并化學處理后，浸入一定濃度的聚醚聚氨酯溶液中，取出后進行表面處理，于真空干燥箱內干燥。
2.2.2 涂層與基體結合力的研究
聚醚聚氨酯涂層與金屬基體的粘結強度根據GB 7124-1986進行測試，所用拉力實驗機為日本島津公司的AG-5000A電子萬能試驗機，拉伸速率為1mm /min。
2.2.3 涂層厚度測定
在20mm×10mm×3mm的316L不銹鋼薄片上利用上述工藝制備出聚醚聚氨酯涂層，利用德國QUNIS 7500 型測厚儀測定涂層厚度。
2.2.4 支架表面涂層形貌表征
將聚醚聚氨酯涂層支架表面噴金后在Camridge- S360掃描電鏡下觀察支架表面形貌。
2.2.5 涂層微觀結構研究
涂層經環氧樹脂封樣，用四氧化鋨染色，切片后在JEM2000FX-II型透射電鏡下觀察涂層微觀結構。
3 結果及討論
3.1 涂層與基體的結合力
作為體內植入用金屬表面涂層，必須與金屬基體具有良好的界面結合。
根據文獻[9]所述，在支架膨脹后支架拐角變形及受力最大。實驗中帶涂層的支架經過球囊擴張3次后，拐角處表面如圖1所示，表面無裂紋產生，支架內表面涂層經受與球囊的摩擦作用后無撕裂、翹起等缺陷存在，表明涂層具有良好的結合力，已經初步達到支架的使用要求。
涂層結合力包括涂層與基體的結合力以及涂層本身所具有的內聚力。實驗中采用硝酸-氫氟酸對基體進行表面化學處理，在試樣表面形成均勻的蝕坑，使表面粗化，提高了粘接面積。化學處理改善了金屬基體與聚醚聚氨酯溶液之間的接觸角，同時對基體表面起到了活化作用，使表面能與膠體之間形成化學鍵結合，增大了基體與涂層之間的結合力。
涂層中偶聯劑的加入，在基體和有機涂層之間形成了“鍵橋”，以化學鍵的形式將二者結合起來。按膠粘理論中的化學鍵理論來說，化學鍵作用力遠遠超過范德華力和氫鍵作用力[10]，因此結合力高于其它方法。當偶聯劑濃度為1%時，結合力達最高值。交聯劑的加入使聚醚聚氨酯涂層形成了網狀交連結構，增大了涂層的內聚力。
與此同時，聚醚聚氨酯具有較強的拉伸強度，其拉伸強度是天然橡膠和合成橡膠的2~3倍，伸長率和撕裂強度也比一般橡膠要高。而且在熱處理工藝中采用分段加熱和后固化，保證了涂層與基體之間及涂層內部化學作用的充分進行，增加了涂層內部的交聯程度，進一步提高了涂層的結合力，從而保證支架在膨脹后涂層沒有發生破損。
3.2 表面形貌
植入用冠脈支架具有復雜的網狀結構，利用浸涂法制備的支架表面涂層，在支架提拉過程中，會發生膠體堵塞現象，支架植入體內后將會發生嚴重的不良后果。圖2(a)示出了未經處理的涂層后支架。圖2(b)為支架提拉后經過離心處理后的表面形貌。如圖可知，支架在經過離心處理后，內部沒有堵塞，沒有膠體粘連現象，呈現完整的網狀結構。
由于支架具有復雜的網狀結構，存在很大的表面張力，膠體在提拉過程中，重力無法克服表面張力作用，而使支架表面存在多余膠體。涂層提拉后經過離心處理，在離心力作用下，多余膠體從支架表面脫落，從而保持了涂層的網狀結構。
與血液相接觸的材料表面，粗糙度越大，暴露在血液中的面積越大，凝血的可能性越大。支架表面涂覆聚合物涂層后，在掃描電鏡下觀察，表面粗糙度較未涂層的不銹鋼表面明顯降低，如圖3所示。
3.3 控制涂層厚度的工藝研究
因為血管內直徑很小，支架植入后占據一定空間，對血流會產生影響。對于緩釋藥物的聚合物涂層，也可通過涂層厚度來控制藥物的攜帶量。涂層的厚度對于藥物的釋放速度及釋放時間都將產生影響，因而研究支架表面涂層制備工藝時，應對涂層厚度進行控制。實驗中在20mm×10mm×3mm的316L不銹鋼薄片上研究了浸涂時間、浸涂次數、膠體濃度對支架表面涂層厚度的影響因素。
由圖4可知浸涂時間對涂層的厚度影響非常微小，而膠體濃度和浸涂次數對涂層厚度影響較大。其中膠體濃度對支架表面涂層形貌會產生影響，因為支架復雜的網狀結構，當膠體濃度過大時，涂層將阻塞網狀支架。由實驗可知，當膠體濃度在10%w/w以下時，膠體可以順利通過支架網，容易形成完整的支架表面涂層。由此，可以在膠體濃度及浸涂時間確定時，通過浸涂次數控制涂層的厚度。
3.4 涂層微觀結構
聚醚聚氨酯由軟段和硬段兩部分構成，由于這兩部分無相容性，因而形成了微相分離結構。很多研究結果表明[11]，血管壁內皮具有微觀非均相結構，因此，聚氨酯所具有的微相分離結構對材料的抗凝血性能有重要作用。圖5為聚醚聚氨酯原料(a)及本研究所制備的聚醚聚氨酯涂層(b)的內部結構圖片，由圖可見，添加偶聯劑、交聯劑及經過相應的熱處理之后，聚醚聚氨酯的內部微相結構未受到破壞，從而保證了支架表面聚醚聚氨酯涂層的血液相容性。
4 結論
實驗采用浸涂工藝，制備出具有連續、完整的冠脈支架表面聚醚聚氨酯涂層。涂層具有較低的表面粗糙度，保持了聚醚聚氨酯的微相分離結構。實驗還研究了影響涂層厚度的因素，確定了控制涂層厚度的工藝方法。通過膨脹實驗表明，涂層滿足支架使用的力學性能要求。本項研究為探索簡便而有效的支架表面涂層制備工藝奠定了基礎。
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基金項目：國家863項目（2001AA320604）
作者簡介：譚麗麗（1977－），女，博士生，從事生物材料及器件的研究。
論文來源：中國功能材料及其應用學術會議,2004年,9月12-16日
